Введение.

Акустическая голография – интерференционный способ получения изображения с помощью акустических волн.

По сравнению с другими известных способами получения звуковых изображений акустическая голография не требует применения специальных устройств для фокусировки звуко-акустических линз, зонных пластинок и т.д., дает принципиальную возможность получать объемные изображения предметов.

Основной принцип получения акустических голографических изображений аналогичен оптической голографии: сначала регистрируется картина, полученная в результате интерференции двух звуковых волн – рассеянной предметом и опорной, а затем по полученной записи – акустической голограмме – восстанавливается либо исходное изображение, либо структура рассеянного этим предметом поля на некотором расстоянии от него.

В акустической голографии особенной использующей ультразвуковой диапазон частот, восстановление исходного поля по акустической голограмме обычно производится с помощью когерентного света подобно тому, как восстанавливается оптическая голограмма.

Для того, чтобы оптически восстановить голограмму, ее надо сделать видной. Оптического изображение акустической голограммы может быть зафиксирована на фотопленки и затем восстановлена в когерентном свете.

Голографический метод, обладая целым рядом особых преимуществ, таких как трехмерность восстановленного изображения, высокая помехоустройчивость, возможность апостериорной обработки информации и ее коррекции и так далее, находи все новые и новые применения в различных областях физики и техники, являясь не только важным инструментом физических исследований, но и хорошей основой для создания новой аппаратуры различного назначения.

Покажем, как осуществляется голографирование объекта в виде одной светящейся точки А, рис.1

Кратчайший путь от этой точки до плоскости голограммы определяется перпендикуляром АО. Примем в токе О угловое значение фазу нулевым. По мере удаления от точки О, например, от точки О до точки М, путь световой волны будет удлиняться на величину . Если удаление ОМ значительно меньше расстояния до голограммы АО, то . Это означает, что приращение расстояния до соответствующей точки голограммы от излучателя, а значит и изменение фазы сигнала на голограмме становится более резким по мере удаления от точки О.

Габор предложил помимо основного луча пучка световых лучей, падающих на голограмму от предмета (этот световой пучок в голографии называют предметным) направлять на ту же поверхность голограммы другой пучок световых лучей, называемый опорным. Опорный пучок лучей должен иметь постоянную фазу на всей поверхности голограммы. В оптической голографии свет лазера разделяется на 2 пучка, из которых один направляется на освещение голографического объекта, а после отражения от него на голограмму. Второй пучок направляется на голограмму в качестве опорного, равномерно освещая поверхность голограммы.

Предметный пучок точечного **** имеет на поверхности голограммы примерно постоянную интенсивность и плавно изменяющуюся фазу. Поскольку светочувствительные материалы, как и светочувствительные приборы, реагируют только на интенсивность света и не воспринимают изменение фазы, то восприятие одного лишь предметного пучка не позволяет зафиксировать всю необходимую информацию об объекте, содержащуюся в световой волне. Суммирование предметного пучка с опорным позволяет получать изменение интенсивности света, распределенного по голограмме.

Выберем на поверхности голограммы две точки: первой примем точку кратчайшего расстояния до объекта О, в качестве второй точку М, удаленную от О на малое расстояние, которое соответствует изменению расстоянии АМ в сравнении с расстоянием АО на половину длины волны .

Пусть в точке О фазы опорного и предметного пучков отличались на половину периода. Это показано на рисунке 2,а, где 1 – опорная, а 2 – предметная волны. При равенстве интенсивности эти волны, суммируясь, гасят друг друга – линия 3. Это означает, что вблизи точки О голограмма не будет засвечена. В действительности, интенсивность опорной волны в оптической голографии выбирается большей, чем интенсивность предметной волны. Поэтому в реальных голограммах в точках, где происходит суммирование опорной и предметной волн в противофазе, результирующая интенсивности будет уменьшено не до нуля, а до некоторого минимума, но эти детали несущественны.

В точке М предметная волна вследствие удлинения проходимого ею пути на половину длины волна изменит свою фазу на противоположную. Это изображено на рис.2, б. ****** по-прежнему опорная и предметная волны. Ввиду сложения в фазе амплитуда суммарной волны 3 будет максимальной.

Это приведет к максимальной засветке и соответственно к максимальному почернению фотослоя голограммы. По мере удаления от точки М фаза предметного пучка будет продолжать изменяться. Так при некотором расстоянии окажется, что фазовый сдвиг между опорной и предметной волнами снова достигнет половины периода. Это значит, что как и в точке О предметная и опорная волны опять погасят друг друга.

При дальнейшем удалении наступит положение, когда волны снова окажутся в фазе, и т.д. В результате после освещения и проявления голограммы изображение на ней примет вид, показанный на рис.3,а. Это так называемая зонная решетка Френеля.

После прохождения через голограмму опорный пучок фактически превращается в предметный. Есть возможность преобразовать световой поле опорной волны практически в точную копию световой волны, испускаемой голографируемым объектом. Для этого нужно выполнить отбеливание голограммы, сущность которого заключается в следующем.

На рисунке 3,б показано центральное сечение для голограммы точечного объекта. Дело в том, что в обычных фотоматериалах увеличение почернения достигается увеличением толщины поглощающего слоя.

Иными словами, чем меньше почернение в фотографиях, тем меньше величина фотослоя после окончания фотохимических процессов.

Отбеливание представляет собой превращение почерневшего фотослоя в прозрачный. В обычном белом свете отбеленная голограмма кажется прозрачной. Однако при пропускании монохроматического света влияние прозрачного фотослоя очень существенно. Дело в том, что скорость света в материале фотоэмульсии несколько ниже, чем в воздухе. Поэтому световая волна запаздывает при прохождении через фотослой. Если подобрать толщину прозрачного слоя так, чтобы в точках голограммы, в которых фазовый сдвиг должен составлять половину периода, запаздывание световой волны достигало именно такой величины и чтобы при других значениях сохранялись пропорциональность, то после прохождения опорного пучка постоянной фазы через голограмму на выходе ее будет наблюдаться такое же соотношение фазовых сдвигов, которое было в плоскости ее расположения у светового пучка, отраженного голографическим объектом. А это фактически означает, что от голограммы исходит тот же световой сигнал, что и от голографируемого объекта.